直流電法探測(cè)在石壕煤礦井下構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用

姚江宇　皇峰濤

摘要：文章通過(guò)討論巖層不同的電性特征，對(duì)直流電法在礦井巷道探測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，并通過(guò)實(shí)例探討了測(cè)試中應(yīng)注意的問(wèn)題、測(cè)試與解譯方法。在研究直流電法探測(cè)中，要注意構(gòu)造、巖性與礦井水的關(guān)系，不同構(gòu)造的地質(zhì)表現(xiàn)形式對(duì)直流電法的探測(cè)有一定影響。

關(guān)鍵詞：直流電法；斷層探測(cè)；構(gòu)造

中圖分類號(hào)：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）24-0125-02

石壕煤礦是一地質(zhì)條件中等復(fù)雜型礦井，地質(zhì)條件變化較大。在我礦的地質(zhì)工作中，礦井水的預(yù)防以及前方未知構(gòu)造的預(yù)測(cè)和判斷一直是我們工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。尤其隨著礦井服務(wù)的年限增加，開(kāi)采向深部的進(jìn)展，地質(zhì)及水文地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜。礦井水的防治及構(gòu)造的預(yù)測(cè)成為一項(xiàng)難度很大的工作。直流電法作為一種無(wú)損、易行、低價(jià)、直觀的探測(cè)手段，更是在其中發(fā)揮著重要作用。直流電法探測(cè)最初在我礦用于探水，但從對(duì)礦井水的探測(cè)結(jié)果中，我發(fā)現(xiàn)隨著巖層的巖性、層厚、膠結(jié)程度以及破碎程度的不同，所表現(xiàn)的電阻率也各不相同。而電阻率較低的區(qū)段，往往是因存在斷層所致。所以，我認(rèn)為直流電法不僅可以單純地用來(lái)探測(cè)礦井水，也可向探測(cè)構(gòu)造，尤其是斷層方面進(jìn)行發(fā)展。

1直流電阻率法的基本原理

在一定的范圍內(nèi)，大地的表層可以看作是“半無(wú)限均勻介質(zhì)”，地表供電電極將在地表一定深度范圍內(nèi)按特定規(guī)律分布電場(chǎng)、電流和電壓。直流電阻率法就是通過(guò)一定供電電極向地下供電，測(cè)量地表電流與電壓來(lái)計(jì)算地下電阻率值。在電法探測(cè)中，經(jīng)常使用四極裝置測(cè)量地層電阻率。設(shè)A、M、N、B四個(gè)電極按序排列在一條直線上，A、B是一對(duì)供電電極，M、N是一對(duì)測(cè)量電極，且兩電極對(duì)都對(duì)稱于中心O點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)）。設(shè)測(cè)量電極MN間的電位差為ΔUMN，地中電流為I，則介質(zhì)的電阻

率為：

式中：為裝置系數(shù)。電極排列方式不同，裝置系數(shù)公式不同。由此可見(jiàn)，如果用儀器測(cè)出通過(guò)A、B電極供入地下的電流強(qiáng)度I，測(cè)出電場(chǎng)中地面上任意兩點(diǎn)M、N之間的電位差ΔU，并根據(jù)A、B、M、N之間的相互距離算出K值，就可以算出地下巖層的視電阻率。

2斷層的地質(zhì)表現(xiàn)形式

斷層的地質(zhì)表現(xiàn)形式與電性特征斷層的總體特征是二維板狀體向下延伸很深。相對(duì)于圍巖介質(zhì)的電阻率，斷層可表現(xiàn)為高阻斷層或低阻斷層，其決定于斷層的性質(zhì)、破碎帶寬度、膠結(jié)程度、含水特征、巖脈侵入等特性及圍巖電阻率特性。一般來(lái)說(shuō)，新活動(dòng)斷層電阻率值較低，斷層越老，膠結(jié)程度越強(qiáng)，電阻率值越高；斷層破碎帶越寬、越破碎，電阻率相對(duì)較小；地下和地表水越豐富，電阻率越小；張性斷層少水，則為高阻，張性斷層富水，則為低阻；有巖脈順斷層侵入，多為高阻。當(dāng)斷層破碎帶寬、斷層電阻率與兩側(cè)巖層電阻率差異明顯時(shí)，斷層表現(xiàn)為高阻或低阻板狀體；當(dāng)斷層不發(fā)育或斷層電阻率與兩側(cè)巖層電阻率差異不明顯時(shí)，如果斷層兩側(cè)巖性不同，斷層將表現(xiàn)為巖性分界面；如果斷層兩側(cè)巖性相同且與斷層的電阻率差異不大時(shí)，電法探測(cè)將很難奏效。

3探測(cè)實(shí)例

3.1石壕煤礦三區(qū)皮帶下山直流電法三極超前探測(cè)實(shí)例分析

生產(chǎn)科于2006年6月18日在三區(qū)皮帶下山測(cè)8點(diǎn)前8米的正頭處進(jìn)行探測(cè)后顯示：自探測(cè)點(diǎn)往前方30米范圍內(nèi)，其電阻率在90左右，相對(duì)比較穩(wěn)定。而30～35米之間出現(xiàn)異常，電阻率出現(xiàn)突然降低的現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)分析為局部有賦水。35米以后電阻率開(kāi)始升高，達(dá)110～120左右。到55米后，又有下降的趨勢(shì)（見(jiàn)圖1）。后來(lái)經(jīng)過(guò)巷道掘進(jìn)過(guò)此地段后，以探測(cè)結(jié)果和巷道素描圖相對(duì)比，可以看出前30米為在頂板中掘進(jìn)，巖性為長(zhǎng)石石英砂巖，產(chǎn)狀比較穩(wěn)定。由此可見(jiàn)，正常的頂板砂巖電阻率為90左右。在30～35米范圍內(nèi)則出現(xiàn)斷層破碎帶，而且有底板水涌出，水量為18m3/h，這就是電阻率突然降低的原因。而35米以后，進(jìn)入煤層底板也就是斷層的上盤(pán)，巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖及其透鏡體。到55米再往后，開(kāi)始逐漸接近煤層，此時(shí)，煤層賦水量加大，電阻率開(kāi)始下降。

綜上所述，電阻率在頂板砂巖中所表現(xiàn)的電阻率在正常情況下為90左右，在底板泥巖中為110～120左右。但當(dāng)巖層較破碎，膠結(jié)程度降低，含水量較

大的時(shí)候，則電阻率必然會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變動(dòng)。

3.2石壕煤礦三區(qū)軌道下山直流電法探測(cè)實(shí)例

2006年10月8日在三區(qū)軌道下山軌13點(diǎn)前81米的正頭處進(jìn)行探測(cè)后顯示：自探測(cè)點(diǎn)往前方15米范圍內(nèi)，其電阻率在125左右，相對(duì)比較穩(wěn)定，而15～18米之間出現(xiàn)異常，電阻率降低。18～30米之間電阻率達(dá)90左右。35～45米后，又有下降的趨勢(shì)。45米往后，電阻率非常復(fù)雜，見(jiàn)圖2：

圖２

后來(lái)經(jīng)過(guò)掘進(jìn)揭示：前15米為煤層，其電阻率為125左右。在15米處內(nèi)則出現(xiàn)斷層面，而且底板泥巖上升，煤厚變薄，所以電阻率開(kāi)始降低。而30米處，巷道左下角出現(xiàn)煤層，同時(shí)有水及瓦斯溢出。到45米再往后，巖層構(gòu)造極其復(fù)雜，其產(chǎn)狀由緩傾斜扭轉(zhuǎn)直至直立，層狀變薄，而且膠結(jié)程度降低，破碎程度加大。此段煤層位于巷道的左壁及

巷底。

4結(jié)語(yǔ)

從上述實(shí)例可以看出直流電法不單可以用來(lái)對(duì)礦井水進(jìn)行探測(cè)，同時(shí)還可以對(duì)前方的構(gòu)造情況進(jìn)行探測(cè)。作為一種價(jià)廉、無(wú)損、快速的探測(cè)手段，在構(gòu)造探測(cè)中能很好地發(fā)揮其作用。但隨著巖層的性質(zhì)、破碎帶寬度、膠結(jié)程度、含水特征等特性的變化，其探測(cè)結(jié)果也必將發(fā)生變化。這就要求我們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦胁粩嗉訌?qiáng)學(xué)習(xí)，汲取新的知識(shí)來(lái)補(bǔ)充自己，提高本身的業(yè)務(wù)水平，不斷收集資料，積累經(jīng)驗(yàn)，將探測(cè)資料和地質(zhì)資料相結(jié)合，這樣才可以更加詳細(xì)、準(zhǔn)確地分析探測(cè)成果，為煤礦生產(chǎn)提供更加有效地地質(zhì)資料。

參考文獻(xiàn)

[1]傅良魁．電法勘探教程[M]．北京：地質(zhì)出版社，1990.

[2]許新剛，等．三維直流電法勘探在地下人防工程勘察中的應(yīng)用[J]．物探與化探，2004，（2）.

作者簡(jiǎn)介：姚江宇（1975-），男，河南伊川人，河南大有能源股份有限公司石壕煤礦地測(cè)科副科長(zhǎng)，助理工程師，研究方向：防治水；皇鋒濤（1985-），男，河南鹿邑人，河南省三門(mén)峽市義煤集團(tuán)澠池曹躍礦業(yè)有限責(zé)任公司地測(cè)部副部長(zhǎng)，助理工程師，研究方向：工程地質(zhì)。

（責(zé)任編輯：文森）